Cellules solaires tandem pérovskite-CIGS, produit à la suite de la collaboration entre des chercheurs lituaniens et allemands, ont atteint une efficacité de 23,26%, qui est actuellement une valeur record du monde dans ce type de cellules. L'une des raisons du succès réside dans la couche intermédiaire de molécules organiques de la cellule :elles s'auto-assemblent pour couvrir même les surfaces semi-conductrices rugueuses. Les matériaux d'auto-assemblage ont été synthétisés à l'Université de Technologie de Kaunas (KTU), Lituanie.

Les cellules solaires en tandem de diverses configurations sont aujourd'hui à l'ordre du jour de nombreuses équipes de recherche à travers le monde. La technologie est intéressante et prometteuse, car il cherche à surmonter les limites de l'efficacité d'une seule cellule. De plus, dans la production de cellules solaires tandem à couche mince, des substrats souples peuvent être utilisés, ce qui permet des solutions intéressantes pour les applications de technologie et de design contemporaines.

La cellule solaire tandem conçue par l'équipe de physiciens du Helmholtz Zentrum Berlin (HZB), L'Allemagne combine la pérovskite et le cuivre-indium-gallium-séléniure (CIGS). Les couches de contact entre ces deux semi-conducteurs sont constituées de molécules organiques à base de carbazole, fonctionnalisé par des groupements acide phosphonique, qui s'organisent en ce que l'on appelle des monocouches auto-assemblées (SAM).

Les matériaux utilisés pour les SAM ont été développés par l'équipe de chercheurs de l'Université de Technologie de Kaunas (KTU), Lituanie. Les chimistes du KTU ont synthétisé des molécules s'assemblant en monocouches, qui peut couvrir uniformément n'importe quelle surface, y compris les surfaces rugueuses des cellules solaires CIGS.

"Habituellement, le problème avec la fabrication des tandems pérovskite-CIGS est la surface rugueuse de la cellule inférieure, qui est difficile à couvrir uniformément par les processus conventionnels basés sur des solutions. Notre méthode permet de former la couche d'électrode aussi fine que 1-2 nm, couvrant toute la surface. C'est un processus rentable et efficace - les molécules sont déposées sur la surface à partir de solutions diluées et la couche sélective de l'épaisseur des molécules est formée, " explique Artiom Magomedov, doctorat étudiant à KTU, l'un des auteurs de l'invention.

Les matériaux utilisés sont étonnamment simples et robustes, ce qui permet également de les étendre à des niveaux industriels.

L'équipe de chimistes du KTU étudie depuis quelques années l'utilisation des molécules d'auto-assemblage pour former la couche d'électrode. Le matériel, synthétisé au KTU, a été appliqué à la production d'une cellule solaire fonctionnelle avec juste un contact sélectif monocouche par les physiciens du HZB. Ils pourraient produire une cellule solaire tandem monolithique à partir de pérovskite et de CIGS qui a atteint un rendement officiellement certifié de 23,26%, qui est actuellement une valeur record du monde. La cellule tandem a une surface active d'un centimètre carré et franchit ainsi une nouvelle étape, comme pérovskite, les cellules tandem CIGS ont jusqu'à présent été nettement plus petites.

"Les cellules solaires tandem à couche mince sont l'avenir de l'énergie solaire, car ils sont moins chers et potentiellement beaucoup plus efficaces. Les limites d'efficacité des éléments solaires à base de silicium actuellement utilisés dans le commerce sont en train de saturer. De plus, les ressources en silicium se raréfient et il est de plus en plus coûteux d'extraire l'élément, " dit le professeur Vytautas Getautis, le chef du groupe de recherche KTU derrière l'invention.

Une nouvelle cellule solaire tandem record du monde a été présentée à l'EU PVSEC, la plus grande conférence et exposition internationale sur l'énergie photovoltaïque et solaire au monde, à Marseille, France le 11 septembre 2019, par le professeur Steve Albrecht du HZB. Deux brevets ont été déposés pour les couches des cellules.